KR100520562B1 - 하이브리드 전기자동차의 리젠 제어방법 - Google Patents

Abstract

연료 전지 하이브리드 전기자동차에서 차속에 따른 리젠 전류 제어를 통해 연료 전지에 순방향으로 연결되는 블로킹 다이오드(Blocking Diode)를 제거하도록 하는 것으로,

브레이크의 신호가 검출되면 브레이크 전압값에 따른 모터 역회전 토크를 산출하여 리젠 발전을 제어하는 과정과, 리젠 발전 전류가 MCU의 입력단에 설정되는 최고 경계값을 초과하는지 판단하는 과정 및 리젠 발전 전류가 MCU의 입력단에 설정되는 최고 경계값을 초과하면, 모터의 약계자를 제어하여 리젠 발전 전류량을 감소시키는 과정을 포함한다.

또한, 브레이크 신호가 검출되면 구동 변위에 대한 전압값을 측정하는 과정과, 현재의 주행 차속을 검출하여 맵 테이블로부터 스케일링 함수를 산출하는 과정과, 브레이크 신호와 현재의 차속에 대한 스케일링 함수를 적용하여 모터의 리젠 제어값을 산출하는 과정 및 상기 산출된 리젠 제어값으로 모터의 역회전 토크를 제어하여 리젠 발전 전류가 MCU 입력단에 설정된 최고 경계값을 초과하지 않도록 제어하는 과정을 포함한다.

Description

하이브리드 전기자동차의 리젠 제어방법{REGENERATION CONTROL METHOD OF HYBRID ELECTRIC VEHICLE}

본 발명은 하이브리드 전기자동차에 관한 것으로, 더 상세하게는 연료 전지 하이브리드 전기자동차에서 차속에 따른 리젠 전류 제어를 통해 연료 전지에 순방향으로 연결되는 블로킹 다이오드(Blocking Diode)를 제거하도록 하는 하이브리드 전기자동차의 리젠 제어방법에 관한 것이다.

첨부된 도 1에 도시된 바와 같이 연료 전지 하이브리드 전기자동차는 전압원으로 연료 전지 시스템(10)과 배터리(11)를 적용하고 있으며, 연료 전지 시스템(10)의 전압 범위와 배터리(11)의 전압 범위가 서로 다르기 때문에 배터리(11)의 출력단에 DC/DC 변환기(12)가 연결되어 모터의 출력 제어 및 리젠 제어를 실행하는 MCU(Motor Control Unit)내의 인버터에 공급되는 전압을 조정해 준다.

상기 배터리(11)는 방전과 충전이 가능하나 연료 전지 시스템(10)은 전류를 출력하는 기능만이 수행된다.

따라서, 연료 전지 시스템(10)에 역전류가 인가되는 경우 연료 전지 시스템(10)의 스택(Stack) 수명을 단축시키게 되므로, 연료 전지 시스템(10)으로 역전류가 인가되는 것을 방지하기 위하여 블로킹 다이오드(13)가 설치된다.

또한, 연료 전지 시스템(10)에 수소를 공급하는 수소 공급 시스템과, 수소 공급 시스템의 제반적인 동작을 제어하는 H2CEU, 연료 전지 시스템(10)의 동작을 제어하는 FCC(Fuel Cell Controller), 연료 전지 시스템(10)의 셀 전압을 측정 및 관리하는 SVM, 배터리(11)의 배터리 보호 알고리즘을 설정되며, SOC 측정 및 관리하는 BMS(Battery Management System), 동력 분배 제어 및 하이브리드 운전모드를 결정 제어하는 PCU(Power Control Unit), 차량의 거동을 제어하는 VCU(Vehicle Control Unit) 등을 더 포함한다.

상기한 구성을 갖는 종래의 연료 전지 하이브리드 전기자동차는 블로킹 다이오드에 의해 대략적으로 2% 정도의 전류 손실이 발생되어 시스템의 효율을 저하시키게 되는 문제점이 있다.

또한, 연료 전지 시스템의 경우 고용량의 전류가 흐르기 때문에 수냉에 의한 냉각이 필수적인데, 블로킹 다이오드의 설치에 의해 시스템의 패키징(Packaging)에 많은 영향을 주는 문제점으로 작용한다.

또한, 브레이크 신호가 입력되는 경우 모터의 회생 제동 제어에 의해 리젠(Regen)이 발생되며, 이 리젠에 의해 배터리(11)의 충전이 이루어진다.

이때, 많은 전류가 배터리(11)로 충전되면서 MCU의 입력단 전압이 많이 상승하게 되는데, 현재 DC/DC 변환기(12)의 용량이 크지 않은 관계로 많은 양의 전류가 리젠되면 DC/DC 변환기(12)에 입력되면, DC/DC 변환기(12)가 다운(Shut Down)되어 시스템을 불안정하게 하는 문제점이 발생한다.

도 5에서 알 수 있는 바와 같이 브레이크 입력에 의한 모터의 리젠시 많은 양의 전류가 리젠됨에 따라 MCU 입력단의 전압(A)이 최고 경계값(B)을 초과하는 경우가 발생되어 시스템 다운이 발생되는 현상이 발생한다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로, 그 목적은 연료 전지 하이브리드 전기자동차에서 전압 손실을 발생시키는 블로킹 다이오드를 제거하고, 브레이크 입력에 의한 모터의 리젠시에 리젠 전압이 설정된 기준 전압을 초과하는 경우 모터의 약계자 제어를 통해 리젠 제어로 과도한 전류가 발생되지 않도록 하여 연료 전지 시스템으로 역전류가 인가되는 것을 방지하도록 한 것이다.

또한, 브레이크 입력에 의한 모터의 리젠시에 모터 역회전 토크를 제어하는 리젠 제어값에 차속의 함수를 적용하여 과도한 전류가 발전되지 않도록 하여 연료 전지 시스템으로 역전류가 인가되는 것을 방지하도록 한 것이다.

또한, 과도한 리젠 전류가 발생되지 않도록 하여 DC/DC 변환기의 안정성을 제공하도록 한 것이다.

상기와 같은 목적을 실현하기 위한 본 발명은 연료 전지 하이브리드 전기자동차에 있어서, 브레이크의 신호가 검출되면 브레이크 전압값에 따른 모터 역회전 토크를 산출하여 리젠 발전을 제어하는 과정과; 리젠 발전 전류가 MCU의 입력단에 설정되는 최고 경계값을 초과하는지 판단하는 과정과; 리젠 발전 전류가 MCU의 입력단에 설정되는 최고 경계값을 초과하면, 모터의 약계자를 제어하여 리젠 발전 전류량을 감소시키는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 전기자동차의 리젠 제어방법을 제공한다.

또한, 본 발명은 연료 전지 하이브리드 전기자동차에 있어서, 브레이크 신호가 검출되면 구동 변위에 대한 전압값을 측정하는 과정과; 현재의 주행 차속을 검출하여 맵 테이블로부터 스케일링 함수를 산출하는 과정과; 브레이크 신호와 현재의 차속에 대한 스케일링 함수를 적용하여 모터의 리젠 제어값을 산출하는 과정과; 상기 산출된 리젠 제어값으로 모터의 역회전 토크를 제어하여 리젠 발전 전류가 MCU 입력단에 설정된 최고 경계값을 초과하지 않도록 제어하는 과정으로 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

먼저, 리젠시 모터의 약계자 제어를 통해 리젠 제어를 실행하는 동작에 설명한다.

연료 전지 하이브리드 전기자동차가 목적지로 주행하는 도중에 브레이크의 입력이 검출되면 차량의 동력 분배를 담당하는 PCU는 브레이크의 입력 전압값에 따른 모터의 역회전 토크를 산출하여 MCU측에 인가한다.

따라서, MCU는 PCU에서 인가되는 신호에 따라 모터의 회생 제동을 제어하여 리젠 발전을 실행하여 배터리에 충전 전류로 공급한다.

이때, MCU는 리젠 발전되는 전류가 입력단에 설정된 최고 경계값 보다 높게 검출되는 경우 모터의 약계자를 제어하여 리젠 발전되는 전류량을 낮추어 줌으로써, 리젠 발전되는 전류가 MCU의 입력단에 설정된 최고 경계값을 넘지 않도록 하여 연료 전지 시스템으로 역전류가 유입되지 않도록 한다.

즉, 도 2에서 알 수 있는 바와 같이 브레이크 입력에 따라 산출되는 모터의 역회전 토크 기울기를 "△S" 만큼 조정하여 리젠 발전되는 전류량을 감소시킨다.

상기한 모터의 약계자 제어의 경우 발전의 원리와 마찬가지로 회전력과 자계가 존재하면 모터에 전류가 발생하여 발전이 이루어진다.

그러므로, 차량이 주행함에 따라 회전력은 항상 존재하므로, 자계를 만들어 주는 항을 약하게 조절하는 경우 리젠으로 발생되는 전류는 감소하여 MCU의 입력단에 설정된 최고 경계값을 넘지 않게 된다.

또한, 다른 방법으로 속도의 함수로 스케일링 값을 계산하여 리젠 제어를 실행한다.

이는 도 3에서 알 수 있는 바와 같이 연료 전지 하이브리드 전기자동차가 목적지로 주행하는 상태에서(S101) PCU는 제동 제어를 실행하는 브레이크의 입력이 검출되는지를 판단한다(S102).

상기에서 브레이크 입력이 검출되면 브레이크 구동에 따른 전압값을 디지털 신호로 변환한 다음 그 정도를 계측한다(S103).

이후, 현재의 주행 차속을 검출하여(S104), 설정된 맵 테이블로부터 현재의 차속에 따른 스케일링 함수를 추출한다(S105).

상기와 같이 현재의 차속에 따른 스케일링 함수가 추출되면 현재의 브레이크 입력 전압값에 차속에 따른 스케일링 함수를 적용하여 모터의 역회전 제어를 위한 리젠 제어값을 산출한다(S106).

상기 S106에서 브레이크 제동에 따른 리젠 제어값이 산출되면 이를 MCU에 전송하여, MCU로 하여금 모터의 역회전 토크가 제어되도록 함으로써, 고속 주행중에도 리젠 발전 전류량이 MCU의 입력단에 설정되는 최고 경계값을 초과하지 않도록 하여 연료 전지 시스템으로 역전류가 인가되지 않도록 한다.

도 4에서 알 수 있는 바와 같이 본 발명에 따른 방법을 적용한 실험 결과 주행 속도에 관계없이 브레이크 제동에 따른 모터의 리젠시에 리젠 발전되는 전류(B)가 MCU의 입력단에 설정되는 최고 경계값(B)을 초과하지 않아 연료 전지 시스템으로 연전류가 유입되지 않으므로, 블로킹 다이오드의 설치가 배제되어 연료 전지 시스템의 효율을 상승시키고, 제작원가를 절감한다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 연료 전지 전기자동차에서 브레이크 제동시 모터의 약계자를 조정하고, 차속에 따른 스케일링 함수에 브레이크 입력 전압을 적용하여 리젠 발전량을 제어함으로써, 리젠 발전되는 전류가 MCU의 입력단에 설정되는 최고 경계값을 초과하지 않으므로, 연료 전지 시스템으로의 역전류가 인가되지 않아 블로킹 다이오드의 설치가 배제된다.

또한, 안전적인 리젠 발전 전류의 제어에 의해 배터리의 내구성이 연장된다.

도 1은 일반적인 하이브리드 전기자동차의 제어 시스템 구성도.

도 2는 본 발명에 따른 하이브리드 전기자동차에서 차속에 따라 모터의 약계자 제어로 리젠 전류 제어를 실행하는 도면.

도 3은 본 발명에 따른 하이브리드 전기자동차에서 차속에 따라 리젠 전류 제어를 실행하는 일 실시예의 흐름도.

도 4는 본 발명에 따른 하이브리드 전기자동차에서 리젠 전류 제어에 대한 그래프.

도 5는 종래의 하이브리드 전기자동차에서 리젠 전류 제어에 대한 그래프.

Claims (2)

1. 연료 전지 하이브리드 전기자동차에 있어서,

   브레이크의 신호가 검출되면 브레이크 전압값에 따른 모터 역회전 토크를 산출하여 리젠 발전을 제어하는 과정과;

   리젠 발전 전류가 MCU의 입력단에 설정되는 최고 경계값을 초과하는지 판단하는 과정 및;

   리젠 발전 전류가 MCU의 입력단에 설정되는 최고 경계값을 초과하면, 모터의 약계자를 제어하여 리젠 발전 전류량을 감소시키는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 전기자동차의 리젠 제어방법.
2. 연료 전지 하이브리드 전기자동차에 있어서,

   브레이크 신호가 검출되면 구동 변위에 대한 전압값을 측정하는 과정과;

   현재의 주행 차속을 검출하여 맵 테이블로부터 스케일링 함수를 산출하는 과정과;

   브레이크 신호와 현재의 차속에 대한 스케일링 함수를 적용하여 모터의 리젠 제어값을 산출하는 과정 및;

   상기 산출된 리젠 제어값으로 모터의 역회전 토크를 제어하여 리젠 발전 전류가 MCU 입력단에 설정된 최고 경계값을 초과하지 않도록 제어하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 전기자동차의 리젠 제어방법.